2019年5月19日
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HGP主要任务及内容
2019年5月19日
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•通过HGP获得的广泛基因组信息组成了结构基 因组学的基本内容，是开展功能基因组学的 研究的基础；同时为详尽研究每一个单基因 遗传病提供“平台”，并将成为复杂的多基 因遗传病研究的发端
2019年5月19日
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多细胞生物基因表达的时间特异性又称阶 段特异性(stage specificity)。
2019年5月19日
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（二）空间特异性
在个体生长全过程，某种基因产物在个体 按不同组织空间顺序出现，称之为基因表达的 空间特异性(spatial specificity)
基因表达伴随时间顺序所表现出的这种分 布差异，实际上是由细胞在器官的分布决定的， 所 以 空 间 特 异 性 又 称 细 胞 或 组 织 特 异 性 (cell or tissue specificity)
2019年5月19日
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功能基因组学研究策略及主要内容
2019年5月19日
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*比较基因组学
比较基因组学(comparative genomics) 涉及比较不同物种的整个基因组，以便深入 理解每个基因组的功能和进化关系。
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二.基因组学与医学关系
调控基因 控制位点
I
PO
结构基因
Z
YA
阻 遏 蛋 白
cAMP-CAP 结合位点
启操 动纵 序序 列列
半 乳 糖 苷
RNA聚合酶 酶
结合位点
β
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通乙 透酰 酶基
转
移 酶
DNA
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细菌代谢酶的诱导
葡萄糖
细菌合成代谢葡萄糖的酶类
乳糖
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细菌合成代谢乳糖的酶类
指的是反式作用因子与顺式作用元件之 间的特异识别及结合。通常是非共价结合， 被识别的DNA结合位点通常呈对称、或不完全 对称结构
绝大多数调节蛋白质结合DNA前，需通过 蛋白质-蛋白质相互作用，形成二聚体(dimer) 或多聚体(polymer)
2019年5月19日
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37
3. RNA聚合酶
2019年5月19日
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一、乳糖操纵子(lactose operon)
• 操纵子（operon）：
原核生物中几个功能相关的结构基因成
簇串联排列组成的一个基因表达的协同 单位（DNA序列）. 一个操纵子 =编码序列（2-6）
+启动序列+操纵序列+(其他调节序列)
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启动po序l 列 操阻纵遏序蛋白列 编码序列
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3) 其他调节序列、调节蛋白
例如 激活蛋白(activator)可结合启动序列邻
近的DNA序列，促进RNA聚合酶与启动序列的 结合，增强RNA聚合酶活性
2019年5月19日
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真核生物
1) 顺式作用元件(cis-acting element) ——可影响自身基因表达活性的DNA序列
The Relation between Genomics and Medicine
2019年5月19日
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*基因病的概念
以基因组学为基础，从疾病和健康的角 度考虑，人类疾病大多直接或间接地与基因 相关，故有“基因病”概念产生。根据这一 概念，人类疾病大致分为三类：
（一）单基因病 （二）多基因病 （三）获得性基因病
这种调节作用称为反式作用
还有蛋白质因子可特异识别、结合自 身基因的调节序列，调节自身基因的表达， 称顺式作用
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DNA
mRNA 蛋白质A
C
a
A c
顺式调节
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C
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反式调节
A
B
DNA mRNA
蛋白质C
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2. DNA - 蛋白质 的相互作用 蛋白质-蛋白质
整套基因。
* 基因表达(gene expression)
基因经过转录、翻译，产生具有特异生物学 功能的蛋白质分子的过程。
基因表达是受调控的
2019年5月19日
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3
基因组学
Genomics
2019年5月19日
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4
基因组学概念
基因组学(genomics) 就是发展和应用DNA制图、测序新技术以及
第十三章
基因结构与基因表达调控
Gene Structure and Expression
生化教研室：牛永东
2019年5月19日
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第一节 基因与人类基因组计划
Gene and Human genome project, HGP
2019年5月19日
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2
一、基因组及表达的概念
* 基因组(genome) 一个细胞或病毒所携带的全部遗传信息或
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• 乳糖操纵子的发现： 细菌以葡萄糖为能量来源 葡萄糖充分时：
与葡萄糖代谢有关的酶基因---表达 与其他糖代谢有关的酶基因---关闭 葡萄糖耗尽时，乳糖存在（培养基）： 与乳糖代谢有关的酶基因 ---表达 与葡萄糖代谢有关的酶基因---关闭
2019年5月19日
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（一）乳糖操纵子（lactose opron） 结构
计算机程序，分析生命体（包括人类）全部基 因组结构及功能。
2019年5月19日
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5
基因组学包括： 结构基因组学(structural genomics) 功能基因组学(functional genomics) 比较基因组学(comparative genomics)
2019年5月19日
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2019年5月19日
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四、基因表达的方式
按对刺激的反应性，基因表达的方式分为：
（一）组成性表达
某些基因在一个个体的几乎所有细胞中持 续表达，通常被称为管家基因(housekeeping gene)
2019年5月19日
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无论表达水平高低，管家基因较少受环境 因素影响，而是在个体各个生长阶段的大多数 或几乎全部组织中持续表达，或变化很小。区 别于其他基因，这类基因表达被视为组成性基 因表达(constitutive gene expression)
TATAAT
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共有序列
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共有序列(consensus sequence) 决定启 动序列的转录活性大小
某些特异因子（蛋白质）决定RNA聚合酶 对一个或一套启动序列的特异性识别和结合 能力
2019年5月19日
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31
2 操纵序列 ——阻遏蛋白(repressor)的结合位点
当操纵序列结合有阻遏蛋白时，会阻碍 RNA聚合酶与启动序列的结合，或是RNA聚合酶 不能沿DNA向前移动 ，阻碍转录。
2019年5月19日
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19
*基因组学与肿瘤病因学 *基因组学与流行病病因学 *基因组学与医学伦理、法律和社会问题
2019年5月19日
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20
三、基因表达的时间性及空间性
（一）时间特异性
按功能需要，某一特定基因的表达严格按 特定的时间顺序发生，称之为基因表达的时间 特异性(temporal specificity)。
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β
细菌对乳糖的利用及其相关的酶:
半
乳糖 (在通透酶作用下进入细菌）
乳
β半乳糖苷酶
糖 苷
（细菌中少量存在）
酶
别位乳糖
（ 细
β半乳糖苷酶
菌 中
（细菌中少量存在）
少 量
葡萄糖+半乳糖
存
在
）
转乙酰基酶--功能未详
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（二）Lac阻遏物的作用---负调控
• Lac阻遏物 • 由基因I编码生成的蛋白质
2019年5月19日
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*疾病相关基因的鉴定
（一）检测人类基因变异或突变 （二）疾病时基因组差异表达分析 （三）染色体制图定位及疾病相关基因克隆
2019年5月19日
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17
寡核苷酸杂交分析 SNP和等位基因特异 寡核苷酸杂交
2019年5月19日
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DNA芯片检测的差异表达谱
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*结构基因组学
•结构基因组学(structural genomics)是通过 HGP的实施来完成的。
•HGP的内容就是制作高分辨率的人类遗传图和 物理图，最终完成人类和其它重要模式生物 全部基因组DNA序列测定，因此HGP属于结构 基因组学范畴。
2019年5月19日
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HGP包括： （一）物理制图 （二）遗传制图 （三）基因组DNA序列测定 （四）创建计算机分析管理系统
是RNA聚合酶结合并启动转录 的特异DNA序列。
-10区
RNA转录起始
N17 TTAACT
N7
A
N16 TATGAT
N7
A
lac
TTTACA
N17 TATGTT
N6
A
recA TTGATA